2. Đánh giá chất lƣợng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong
3.2. ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
3.2.1. Phạm vi chức năng
Chức năng điều khiển cơ sở
• Phƣơng pháp điều khiển vòng kín (PID, MPC, Fuzzy) với cácyêu cầu công nghiệp nhƣ chuyển chế độ Manual/Automatic trơn tru, Anti-Reset-Windup.
• Điều khiển logic, khóa liên động
80
• Điều khiển mẻ, điều khiển công thức • Điều khiển thích nghi, bền vững, tối ƣu • Điều khiển chuyên gia
Chức năng điều khiển giám sát
• Chất lƣợng giao diện đồ họa • Khả năng lập báo cáo tự động
• Cơ chế quản lý và xử lý sự kiện, sự cố • Hỗ trợ ActiveX-Control và OPC
• Hỗ trợ giao diện cơ sở dữ liệu ODBC • Chức năng Web
3.2.2. Cấu trúc hệ thống và các thiết bịthành phần
• Cấu trúc vào/ra phân tán hay vào/ra tập trung • Cấu trúc cấp điều khiển
• Cấu trúc cấp điều khiển giám sát • Các chủng loại thiết bị hỗ trợ
• Các hệ thống mạng truyền thông đƣợc hỗ trợ (đặc biệt bus trƣờng liên quan tới các chủng loại thiết bị trƣờng có thể hỗ trợ).
3.2.3. Tính năng mở
• Khả năng tự mở rộng hệ thống
• Lựa chọn các thiết bị của các nhà cung cấp khác
• Hỗ trợ các chuẩn công nghiệp (COM, OPC, ActiveX-Control, MMS, IEC,...)
81
3.2.4. Phát triển hệ thống
Cấu hình hệ thống
• Đơn giản, hƣớng đối tƣợng
• Khả năng phát triển hệ thống một cách xuyên suốt
• Cấu hình và tham số hóa các thiết bị và mạng truyền thông dễ dàng qua phần mềm từ trạm kỹ thuật
Lập trình điều khiển
• Đơn giản, hƣớng đối tƣợng
• Các ngôn ngữ lập trình chuyên dụng (FBD, SFC, ST,...)
• Các ngôn ngữ lập trình bậc cao (C/C++, BASIC) • Lập trình giao tiếp ngầm hay hiện
• Khả năng tự mở rộng thƣ viện chức năng (thông qua một ngôn ngữ lập trình bậc cao)
3.2.5. Độ tin cậy và tính sẵn sang
• Cơ chế dự phòng
• Khả năng bảo mật
3.2.6. Giá thành và chi phí
Chi phí ban ₫ầu
• Chi phí thiết kế hệ thống • Chi phí phần cứng
• Chi phí phần mềm công cụ
• Chi phí phát triển phần mềm ứng dụng • Chi phí triển khai, đƣa vào vận hành • Chi phí đào tạo, chuyển giao công nghệ
Chi phí vận hành
• Chi phí bảo trì, bảo dƣỡng thiết bị và phần mềm • Chi phí thiết bị thay thế
82
• Chi phí dừng hệ thống khi xảy ra sự cố
3.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN TIÊU BIỂU
3.3.1. PCS7 của Siemens
SIMATIC PCS 7 là hệ thống điều khiển quá trình của SIEMENS. Nó là kết quả của quá trình phát triển và tích hợp hệ thống từ kinh nghiệm của những hệ thống trƣớc đó nhƣ TELEPERM M, SIMATIC S7, SIMATIC S5. PCS 7 đƣợc phát triển dựa trên cơ sở các sản phẩm trong họ SIMATIC.
Các thành phần cơ bản:
● Các trạm điều khiển: SIMATIC S7-400
● Trạm vận hành IPC + OS Software (WinCC)
● Trạm kỹ thuật: IPC+OS Engineering (SIMATIC Manager, CFC, SFC,
SCL, NETPRO, HARDWARECONFIG....)
● Vào ra phân tán: ET200M + S7-300 I/O module
● Bus trƣờng: Profibus-DP
● Bus hệ thống: Industrial Ethernet – Profibus FMS
● Các trạm BATCH/IT: IPC + Phần mềm bổ xung.
83
SIMATIC PCS 7 là sự kết hợp các chức năng của hệ thống điều khiển quá trình với dòng sản phẩm SIMATIC, chúng đƣợc thiết kế làm việc cùng nhau nhƣ một mối quan hệ đồng nhất của hệ thống. Điều đó đƣa đến những lợi thế sau :
• Khi các thành phần làm việc trong một sự kết hợp, chúng cùng làm việc theo một cách thống nhất, và phù hợp với tính năng của dòng sản phẩm
SIMATIC.
• SIMATIC PCS 7 cung cấp những hỗ trợ tốt nhất có thể có cho việc cấu hình hệ thống cho các nhiệm vụ tự động hoá quá trình.
Những tính năng đặc biệt của hệ thống PCS 7:
• Đồng bộ hoá thời gian.
• Kiểm tra hoạt động và chuẩn đoán tất cả các thành phần của hệ thống.
• Chiến thuật khởi động và khởi động lại toàn bộ hệ thống hay chỉ riêng các thành phần độc lập.
• Có khả năng dự phòng cho tất cả các thành phần.
• Các hệ thống báo cáo, ghi chép, và lƣu trữ.
• Quản lý truy cập thông qua việc quản trị ngƣời dùng.
• SIMATIC PCS 7 có thể sử dụng trong tất cả các phạm vi điều khiển quá
trình.
• Chỉ cần nhập dữ liệu vào một lần.
• Khả năng bị lỗi ít.
• Tốn ít công sức và thời gian cho việc lập trình, sửa chữa, chạy thử, và bảo trì hệ thống.
• Tính năng mở.
PCS 7 sử dụng các công nghệ phổ thông, chuẩn hoá quốc tế nên khả năng phối ghép với các hệ thống , thiết bị khác không bị hạn chế cả về bề rộng và chiều
sâu.
Mạng truyền thông có thể lựa chọn các giao thức: Industrial Ethernet, Fast
Industrial Ethernet, PROFIBUS, AS-i, HART.
PCS 7 cũng hỗ trợ và sử dụng các công nghệ giao diện phần mềm chuẩn nhƣ
84
and Embedding), ActiveX, ODBC kết nối cơ sở dữ liệu mở rộng (Open
DataBase Connection), và OPC (OLE for Process Control).
3.3.2. Centum CS1000/CS3000 của Yokogawa
Các thành phần cơ bản của hệ thống:
● Trạm giao diện người máy (HIS): Sử dụng làm giao diện vận hành,
giám sát và thực hiện các chức năng kỹ thuật. Xây dựng trên nền máy tính công nghiệp cộng với Windows 2000 (Service pack 3 trở lên) hoặc Windows XP (Service Pack 1 trở lên).
● Trạm điều khiển hiện trường (FCS – Field Control Station): là thiết bị
thực hiện nhiệm vụ điều khiển quá trình.
● Trạm kỹ thuật (ES – Engineering Station): Chứa toàn bộ các công cụ để
cấu hình hệ thống.
● Hệ thống Bus:
+ Bus điều khiển: Vnet + Bus hệ thống: Ethernet.
Hệ thống này là một sự tổ hợp của các công nghệ mới nhất hiện nay với các tính năng ƣu việt nhƣ:
• Môi trƣờng mở, độ linh hoạt, độ bền của hệ thống cho tối ƣu hoá toàn bộ doanh nghiệp,
• Môi trƣờng vận hành tối ƣu, phần cứng có thể cập nhật tới những công nghệ mới nhất,
• Giá thành sở hữu thấp nhất, lợi nhuận tăng cao • Các chức năng thiết kế kỹ thuật tối ƣu.
85
Hình 3-2: Sơ đồ khối cơ bản của hệ thốngCS3000
3.3.3. PlantScape của Honeywell
86
Đặc điểm hệ thống:
Plantscape là một giải pháp điều khiển quá trình kỹ thuật của hãng Honeywell. Nó thiết lập một tiêu chuẩn mới trong hệ thống điều khiển lai theo cấp bậc, khả năng vận hành mềm dẻo và dễ dàng. Phần quan trong nhất của Plantscape là hệ điều hành Window2000 dựa trên kiến trúc Client-Server.
Plantscape có các đặc điểm sau:
● Hệ điều hành Windows Server với các nhiệm vụ nhƣ lƣu trữ dữ liệu, cảnh báo, báo động, giao diện ngƣời máy.
● Công nghệ Web dùng cho giao diện ngƣời máy tạo nên độ tin cậy, thuận tiện, có thể vận hành từ xa, giao diện ngƣời máy dựa trên các file HTML
theo chuẩn công nghiệp
● Bộ điều khiển lai hỗ trợ khả năng điều khiển tích hợp chính xác
● Các công cụ hƣớng đối tƣợng thuận tiện và dễ dàng xây dựng.
Các phần tử cơ bản:
● Các trạm điều khiển: Bộ điều khiển C200.
● Trạm vận hành IPC+ Wins2000 hoặc Windows Server + giao diện Web.
● Trạm kỹ thuật: IPC + Tool
● Vào ra: Chassis Series A (CIOM-A), Rail Series A (RIOM- A) và Rail
Series H (CIOM- H) cho môi trƣờng khắc nghiệt.
● Bus trƣờng: ControlNet, Foundation FieldBus
87
KẾT LUẬN
Sau thời gian 3 tháng làm đồ án với sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo: Ths. Đinh Thế Nam. Em đã hoàn thành đề tài đƣợc giao: “Tìm hiểu về điều khiển phân tán DCS đi sâu điều khiển DCS nhà máy
điện Hậu Giang 1”.
Trong đồ án này em đã tìm hiểu và giải quyết các vấn đề sau:
- Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện và quy trình sản xuất điện năng
- Tổng quan về hệ điều khiển phân tán DCS
- Giới thiệu về một số hệ thống điều khiển DCS tiêu biểu cho nhà máy
Quá trình thực hiện đồ án đã giúp em củng cố lại những kiến thức mà mình đã học. Ngoài ra qua quá trình tìm hiểu thực tế bên ngoài để hoàn thành đồ án đã giúp em có thêm những kiến thức thực tế rất quý báu.
Mặc dù đã rất cố gắng và nhận đƣợc sự giúp đỡ của thầy Thạc sĩ. Đinh Thế Nam và các thầy cô giáo trong bộ môn. Nhƣng với lƣợng kiến thức và thời gian có hạn của mình nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các thầy cô giáo để đồ án của em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn
Hải Phòng, ngày…..tháng….. năm 2017
88
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Duy Bình, Phạm Quang Đăng, Phạm Hồng Sơn, Hệ Điều Khiển DCS cho nhà máy sản xuất điện năng (2013), Nhà
xuất bản khoa học- kỹ thuật.
2. TS. Hoàng Minh Sơn, Hệ thống điều khiển phân tán (2003), Nhà xuất bản Bách Khoa.
3. Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp (2006), Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật
4. Thƣ viện số Đại học dân lập Hải Phòng http://tailieu.hpu.edu.vn/ 5. Cộng đồng chia sẻ tài liệu http://123doc.org
89
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ... 1
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG ... 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ... 2
1.2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN SÔNG HẬU 1 ... 3
1.3. QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG ... 4
1.3.1. Vai trò của điện năng trong hệ thống lƣới điện ... 4
1.3.2. Quy trình sản xuất điện năng trong nhà máy nhiệt điện ... 5
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DCS ... 9
2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ ĐIỀU KHIỂN ... 9
2.1.1. Sự ra đời và phát triển của các hệ thống điều khiển ... 9
2.1.2 Hệ thống điều khiển với cấu trúcđiều khiển phân tán (DCS) ... 10
2.2. CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ... 11
2.2.1. Cấu trúc và các thành phần cơbản ... 12
2.2.2. Mô hình phân cấp ... 13
2.2.2.1. Cấp chấp hành ... 14
2.2.2.2. Cấp điều khiển ... 14
2.2.2.3. Cấp điều khiển giám sát... 15
2.2.3. Cấu trúc điều khiển ... 15
2.2.3.1. Điều khiển tập trung... 15
2.2.3.2. Điều khiển tập trung với vào/ra phân tán ... 16
2.2.3.3. Điều khiển phân tán ... 17
2.2.3.4. Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán ... 19
2.3. CÁC THÀNH PHÂN CỦA 1 HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN ... 20
2.3.1. Cấu hình cơbản ... 20
2.3.1.1. Trạm điều khiển cục bộ ... 20
2.3.1.2. Bus trƣờng và các trạm vào ra từ xa ... 22
2.3.1.3. Trạm vận hành ... 24
2.3.1.4. Trạm kỹ thuật và các công cụ phát triển ... 26
2.3.1.5. Bus hệ thống ... 26 2.3.2. Phân loại các hệ DCS ... 28 2.3.2.1. Các hệ DCS truyền thống ... 28 2.3.2.2. Các hệ DCS trên nền PLC ... 29 2.3.2.3. Các hệ DCS trên nền PC ... 33 2.3.3. Các vấn đề kỹ thuật ... 34
2.4. TÍNH SẴN SÀNG VÀ ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ ĐKPT ... 35
90
2.4.2. Cơchế dự phòng ... 36
2.4.3. Cơ chế an toàn ... 37
2.4.4. Cơchế khởi động lại sau sự cố ... 37
2.4.5. Bảo mật ... 37
2.4.6. Bảo trì ... 37
2.5. CHỨC NĂNG CỦA HỆ DCS ... 38
2.5.1. Chức năng điều khiển ... 38
2.5.2. Chức năng vận hành và giám sát hệ thống (chức năng SCADA) ... 41
2.6. TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ DCS ... 44
2.6.1. Giới thiệu chung ... 44
2.6.2. Giao thức mạng (Network Protocol)... 46
CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DCS TIÊU BIỂU CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN HẬU GIANG (SÔNG HẬU 1 ) ... 57
3.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA HỆ DCS CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ... 57
3.1.1. Hệ thống giám sát và điều khiển tích hợp ICMS ... 57
3.1.2. Các yêu cầu về chức năng phần cứng hệ thống ... 59
3.1.2.1. Cấu trúc hệ thống ... 59
3.1.2.2. Hệ thống điều khiển phụ trợ ... 60
3.1.2.3. Các yêu cầu dự phòng cho hệ thống ... 61
3.1.2.4. Bảng điều khiển giao tiếp ngƣời máy ... 62
3.1.2.5. Đƣờng truyền dữ liệu tốc độ cao ... 62
3.1.2.6. Các đầu nối và Gateway ... 63
3.1.2.7. Các đầu vào/ra ... 64
3.1.2.8. Bộ xử lý lƣu trữ dữ liệu ... 67
3.1.2.9. Ghép nối các thiết bị trong nhà máy ... 67
3.1.3. Các yêu cầu về chức năng phần mếm hệ thống ... 68
3.1.3.1. Hệ giám sát –vận hành ... 68
3.1.3.2. Yêu cầu về các biến hệ thống ... 69
3.1.3.3. Yêu cầu xử lý các tín hiệu vào/ra ... 70
3.1.3.4. Yêu cầu về khả năng tính toán xử lý ... 72
3.1.3.5. Yêu cầu về xử lý sự cố ... 73
3.1.3.6. Yêu cầu về đồng bộ thời gian ... 76
3.1.3.7. Lƣu trữ lâu dài ... 76
3.1.3.8. Yêu cầu về truy cập dữ liệu quá khứ ... 78
3.1.3.9. Xử lý hiển thị ... 78
3.2. ĐÁNH GIÁ VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN ... 79
3.2.1. Phạm vi chức năng ... 79
91
3.2.3. Tính năng mở ... 80
3.2.4. Phát triển hệ thống ... 81
3.2.5. Độ tin cậy và tính sẵn sang ... 81
3.2.6. Giá thành và chi phí ... 81
3.3. GIỚI THIỆU MỘT SỐ HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN TIÊU BIỂU ... 82
3.3.1. PCS7 của Siemens ... 82
3.3.2. Centum CS1000/CS3000 của Yokogawa ... 84
3.3.3. PlantScape của Honeywell ... 85
KẾT LUẬN ... 87